ESTUDO DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL NA...
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Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil
ESTUDO DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL NA LAVAÇÃO DOS CAMINHÕES BETONEIRA EM UMA USINA DE
CONCRETO
Victor De Pellegrin Zanatta (1), Bruno De Pellegrin Coan (2).
UNESC - Universidade do Extremo Sul Catarinense
(1) [email protected], (2) [email protected]
RESUMO
Soluções sustentáveis estão sendo cada vez mais exigidas em virtude da escassez dos recursos naturais. A implantação de um sistema de aproveitamento de água pluvial visa reduzir o consumo de água potável e tornou-se uma alternativa importante para preservação do planeta Terra. O objetivo do presente trabalho é analisar a viabilidade técnica e econômica da implantação de um sistema de captação e armazenamento de água pluvial em uma usina de concreto, para a lavação de caminhões betoneira. O sistema foi dimensionado de acordo com a NBR 15.527 (ABNT, 2007) e NBR 10.844 (ABNT, 1989), levando em consideração a área de captação, a demanda mensal de água e a precipitação mensal da estação pluviométrica de Urussanga/SC. Foi realizada uma comparação econômica entre reservatório de concreto armado e reservatório de fibra de vidro. Com o auxílio da NBR 10.844 (ABNT, 1989), obteve-se a área de captação total da empresa, 6.081,9 m². Analisando pelo método Payback, o retorno do investimento ocorreu em 3,5 anos. Ao observar a relação Benefício/ Custo apresentou-se o valor de 2,11, o que indica ser viável do ponto de vista financeiro. Com base no que foi abordado no presente estudo, a utilização de um sistema de reaproveitamento de água de chuva para a usina de concreto mostrou-se viável.
Palavras-Chave: Soluções sustentáveis. Aproveitamento de água pluvial. Usina de concreto. Lavação de caminhões betoneira.
1. INTRODUÇÃO
A conservação dos recursos naturais está cada vez mais presente do dia a dia da
sociedade. Dentre estes, a água recebe destaque, uma vez que é indispensável
para a vida na Terra. Por ser um recurso insubstituível, a água é um importante
fator de produção para diversas atividades econômicas, desde a agricultura a
setores tecnológicos.
Cerca de 2/3 da superfície do planeta Terra são dominados pelos oceanos. O
volume total de água na Terra é estimado em torno de 1,35 milhões de quilômetros
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cúbicos, sendo que 97,5% deste volume é de água salgada encontrada em mares e
oceanos. Já 2,5% é de água doce, porém localizada em regiões de difícil acesso,
como aquíferos (águas subterrâneas) e geleiras. Apenas 0,007% da água doce
encontrar-se em locais de fácil acesso para o consumo humano, como lagos, rios e
na atmosfera (UNIÁGUA, 2006).
De acordo com Thomas (2003), estima-se que as necessidades hídricas mundiais
devam dobrar nos próximos 25 anos, e que quatro bilhões de pessoas - metade da
população mundial - poderão enfrentar grave escassez de recursos hídricos. Esta
escassez, além de ser resultante de precipitações irregulares, é também, da ação
humana identificada no deficitário manejo dos recursos hídricos, relacionados à
poluição hídrica, altos níveis de perdas no sistema de abastecimento e desperdício
de água pelo usuário final.
O aproveitamento de água da chuva, tem se mostrado ao longo dos anos, um meio
muito eficaz para preservação do meio ambiente. Andrade Neto (2004) afirma que
apesar de milenar, a captação e a utilização de água de chuva são tecnologias
modernas, quando associadas a novos conceitos e técnicas construtivas, e de
segurança sanitária.
Usinas de concreto utilizam grandes volumes de água na lavação dos caminhões
betoneira e na produção de concreto. Ao captar água da chuva, grande parte da
água destinada a lavação poderia ser economizada, além de reduzir o impacto
ambiental.
Neste contexto o trabalho tem como objetivo principal, avaliar a viabilidade técnica e
econômica da implantação de um sistema de captação, armazenagem e filtragem de
água pluvial em uma usina de concreto, utilizando-a na lavação dos caminhões
betoneira. Dessa forma alguns itens são levados em consideração: Estudar a
potencialidade de aproveitamento de água da chuva; Dimensionar um sistema de
captação, armazenamento e distribuição de água da chuva; Realizar a análise de
viabilidade técnica e econômica do aproveitamento da água da chuva para fins não
potáveis na usina de concreto.
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2. MATERIAIS E MÉTODOS
O estudo foi realizado com base em dados de uma empresa localizada na cidade de
Criciúma/SC. Um terreno extenso com cerca 33.000m², o qual abrange o escritório,
os pavilhões onde são produzidas peças pré-moldadas e a usina de concreto. A
empresa em estudo utiliza água potável na lavação dos caminhões betoneira, e não
realiza qualquer tipo de captação de água da chuva.
Figura 01: Vista dos pavilhões.
Fonte: Do Autor, 2016.
O objetivo de utilizar o sistema de captação de água da chuva é para reaproveitar a
água que incide sobre o telhado dos três pavilhões. Todo material coletado passará
por filtragem, depois será destinado ao reservatório de armazenamento, e por fim ao
reservatório de distribuição na usina de concreto, com a finalidade de lavar os
caminhões betoneira.
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Figura 02: Visão aérea da empresa.
Fonte: Google Earth, 2016.
Foram analisados os dados de consumo de água da empresa referente ao ano de
2016 para avaliar a demanda mensal.
Para o levantamento da quantidade de água possível de ser captada foram
utilizados os dados de precipitação registrados na estação meteorológica da Epagri,
localizada em Urussanga/SC.
Com base nos índices pluviométricos foram dimensionadas as estruturas de
captação de água da chuva, como calhas, condutores verticais, condutores
horizontais, filtro e a bomba hidráulica, segundo a NBR10.844 (ABNT, 1989), que faz
referência a “Instalações Prediais de Águas Pluviais”.
As medidas do telhado foram retiradas do projeto de execução, fornecido pela
empresa.
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Figura 03: Planta de cobertura dos pavilhões, medidas em metros.
Fonte: Do Autor, 2017.
2.1 QUALIDADE DA ÁGUA
Segundo Brena (2009), a queima de combustíveis fósseis, como o carvão e o
petróleo, gera o dióxido de enxofre e os óxidos de nitrogênio, que são dois dos
principais ingredientes para a formação da chuva ácida. Ocorre que esses gases
reagem com o vapor d’água presente na atmosfera, transformando-se então no
ácido sulfúrico e no ácido nítrico diluídos, dando então origem, quando de sua
precipitação atmosférica, ao que chama-se de chuva ácida.
Como na região de Criciúma ocorre chuva ácida, será monitorado mensalmente o
pH da água no reservatório. Identificando-se valores de pH abaixo 5,6, será
adicionado cal virgem com intuito de neutralizar a acidez e assim não prejudicar os
funcionários que estiverem trabalhando na lavação, bem como a pintura dos
caminhões.
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2.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DA ÁGUA DA CHUVA
2.2.1 Levantamento dos Dados Pluviométricos
Os dados de intensidade pluviométrica serão baseados na tabela elaborada por
Back (2013). Os dados pluviométricos que serão utilizados como parâmetros para o
dimensionamento do sistema são referentes ao município de Urussanga,
correspondentes ao período de 1949 a 2013. Mesmo a empresa sendo localizada
em Criciúma, mais próxima à divisa dos municípios citados, serão adotados os
mesmos valores pela proximidade geográfica e pela maior série histórica de chuva
da região sul.
2.2.2 Área de Contribuição
Os pavilhões possuem área de cobertura de 6.081,9m². O telhado é coberto por
telhas de aluzinco que conduz a água da chuva para as calhas. Segundo a
NBR10.844 (ABNT, 1989), para realizar o cálculo da área de contribuição deve-se
utilizar a Equação 1:
A � �a � h2 b
(01) Onde:
A = área de contribuição do telhado (m²);
a = metade da largura do telhado (m);
h = altura da tesoura (m);
b = comprimento do telhado (m).
Figura 04: Demonstração do telhado
Fonte: NBR 10.844/89
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2.2.3 Intensidade de Precipitação
Segundo Back (2013), a intensidade de precipitação é determinada pela Equação 2:
i � K T�
�t � b��
(02)
Onde: i= Intensidade de precipitação (mm/h);
T= Período de retorno (anos);
t= Duração da chuva (min.);
K, m, b, n= Parâmetros da equação.
2.2.4 Vazão de Projeto
A vazão da água de chuva a ser captado varia de acordo com a área de cobertura e
intensidade das chuvas. A vazão de captação pode ser calculada segundo a
NBR10.844 (ABNT, 1989) pela Equação 03:
Q � I A60
(03)
Onde:
Q= vazão do projeto, l/min;
I= intensidade pluviométrica mm/h;
A= área de contribuição, m².
2.2.5 Dimensionamento das Calhas e Condutores Verti cais
As calhas dos pavilhões são do tipo viga-calha. Será feito o cálculo, para
conferência das dimensões existentes. Segundo a NBR10.844 (ABNT, 1989), as
calhas são receptores das águas que escoam sobre as coberturas e são conduzidas
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a um local determinado, devendo ser dimensionadas através da fórmula de
Manning-Strickler, Equação 4:
Q � K �Sn Rh�/� I�/�
(04)
Onde:
Q = vazão do projeto (l/min);
S = área da seção molhada (m²);
n = coeficiente de rugosidade;
R = raio hidráulico em (m);
I = declividade da calha (m/m);
K = 60.000
2.2.6 Dimensionamento do Reservatório
Foi utilizado o método de balanço hídrico seriado para dimensionamento do
reservatório, segundo a NBR15.527 (ABNT, 2007) representado pela Equação 5,
levando em consideração os requisitos de acordo com FONTANELA (2010).
S� � Q� � S� � ! D�
(05)
Onde:
ST= Volume de água no reservatório no tempo ‘t’ (l);
QT= Volume de chuva no tempo ‘t’ (l);
ST-1= Volume de água no reservatório no tempo ‘t-1’ (l);
DT= Demanda ou consumo de chuva no tempo ‘t’ (l).
2.2.7 Análise da Viabilidade Econômica
A análise da viabilidade econômica será realizada através dos dados de consumo de
água não-potável, da tarifa empregada pela CASAN por volume de água consumida
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e dos custos de implantação do sistema. Segundo TOMAZ (2012), a avaliação
econômica é considerada pelos métodos Payback e a relação Benefício/Custo. Para
obter os valores anuais será calculada utilizando a amortização anual, segundo a
Equação 6:
FAA= TA(1+TA)
N
(1+TA)N-1
(06) Onde:
FAA = Fator de amortização anual;
TA =Taxa anual, considerado 6,17%;
N = Vida útil, considerado 20 anos.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A determinação da área de captação de chuva foi feita com base na planta de
cobertura (figura 03) e através da Equação 01, seguindo a NBR 10.844 (ABNT,
1989), sendo que a cobertura é dividida em quatro telhados diferentes.
Levando em consideração a estação pluviométrica de Urussanga/SC, foram obtidos
através do programa HidroChuSC os dados de chuva para uma duração de 5
minutos e período de retorno de 5 anos. Obteve-se uma intensidade de chuva
máxima de 174,35 mm/h, conforme a Equação 02.
Através da Equação 03, obteve-se a vazão de projeto para cada telhado da
indústria, para obtenção dos condutores verticais. A área de contribuição e vazão de
projeto de cada telhado estão apresentados pela Tabela 01.
Tabela 01: Área de contribuição e vazão de projeto.
Telhado Área de contribuição (m²)
Vazão de projeto (l/min)
1 793,65 2.306,21
2 1.917,30 5.571,35
3 2.247,30 6.530,28
4 1.123,65 3.265,14
Fonte: Do autor, 2017.
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As calhas e os condutores verticais já haviam sido executados, mas para verificar se
o dimensionamento estava correto, utilizou-se a equação 4. Após os cálculos,
confirmou-se que estavam obedecendo aos requisitos descritos na NBR10.844
(ABNT, 1989).
Para o dimensionamento do filtro e reservatório foi utilizada a Tabela 02 com os
dados de precipitação da cidade de Urussanga/SC, período de 1949 a 2013, e o
consumo de água da usina de concreto no ano de 2016.
Tabela 02: Dados para o dimensionamento do filtro e reservatório.
Mês Chuva média (mm)
de 1949 á 2013
Consumo (m³)
do ano de 2016
Consumo (m³)
Na lavação
Janeiro 203,3 311 81
Fevereiro 208,1 397 167
Março 174,6 381 151
Abril 103,5 366 131
Maio 101,7 354 124
Junho 79 383 153
Julho 97,5 346 116
Agosto 118,8 339 109
Setembro 134,5 402 172
Outubro 137,2 392 162
Novembro 120,7 388 158
Dezembro 154,7 384 154
Média 136,13 370,25 140 Fonte: Do Autor, 2017.
Conforme a Tabela 02, a precipitação média é de 136,13 mm/mês, e o consumo de
água médio geral da usina de concreto é 370,25 m³/mês. Com esses dados foram
realizados os cálculos do reservatório conforme Equação 05.
Segundo informações do engenheiro civil responsável pela usina de concreto, a
média de produção de concreto no ano de 2016 foi de 1.300m³/mês. Para produzir
1m³ gasta-se em média 180 litros de água. Aproximadamente 230m³ de água são
gastos com a produção de concreto, o restante, 140m³/mês, é utilizado na lavação
dos caminhões betoneira, sabendo que o refeitório, bebedouro e sanitários da
empresa possuem hidrômetros distintos da usina de concreto.
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Para obtenção da dimensão do reservatório, foram observados os valores de chuva
diária da região estudada, estimando o volume de água acumulado a cada
precipitação registrada na série histórica. Foram realizados balanços diários
observando: chuva x volume armazenado x consumo; conforme citado por
FONTANELA (2010). Segundo a figura 05, foi adotado o reservatório de 50m³ que
atende 91,41% dos dias de um mês. Em proporcionalidade de custo e atendimento
foi a opção mais viável, considerando que o tamanho do reservatório tem grande
influência no custo final do sistema.
Figura 05: Comparativo do volume de reservatório com seu atendimento
Fonte: Do Autor, 2017.
3.1 CUSTO DE UM RESERVATÓRIO DE CONCRETO ARMADO
Conforme a tabela 03, os valores de mão de obra foram obtidos do Sistema
Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil SINAPI (2017).
O custo do aluguel da mini-cavadeira, bem como a mão de obra do operador e
tempo de serviço, foram obtidos através das lojas de aluguel de equipamentos da
região.
A impermeabilização foi orçada com empresas da região.
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O lançamento do concreto, assim como os valores do metro cúbico, foram obtidos
através da usina de concreto em estudo.
O custo com madeira e aço foi levantado com lojas de material de construção da
região.
Para execução foi considerado a mão de obra de 5 profissionais, com auxílio de 5
serventes, trabalhando durante 4 dias, e mais 1 dia acrescentado para desforma e
limpeza. No período de 28 dias de cura do concreto, as horas dos funcionários não
serão contabilizadas.
Tabela 03: Custo de um reservatório com capacidade de 50m³.
Item Quantidade Custo unitário (R$)
Aluguel mini-cavadeira
2 dias 500,00
Mão de obra operador mini-cavadeira
2 dias 400,00
Forma e desforma do fundo
18m² 720,00
Forma e desforma de parede
102m² 4.080,00
Forma e desforma de laje
18m² 720,00
Aço 3677,8kg 15.369,10
Mão de obra do ferreiro
3677,8kg 5.148,92
Mão de obra do profissional
220h 4.571,6
Mão de obra do servente
220h 3.462,8
Concreto magro 1,20m³ 175,00
Concreto Fck 30 Mpa 23,8m³ 6.664,00
Lançamento de concreto
26m³ 260,00
Impermeabilização 89m² 3.000,00
Total - 45.071,42
Fonte: Do Autor, 2017.
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Ao realizar o orçamento, observou-se que o custo para implantação de um
reservatório de concreto armado, somado aos gastos de mão de obra, execução e
impermeabilização, tornaria inviável sua execução, comparando-o a um reservatório
de fibra de vidro, vide item 3.2.
3.2 CUSTO DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA
Para implantação do sistema foram adotados dois reservatórios de fibra de vidro
com capacidade de 25.000 litros por estes apresentarem custo de 8.500,00/cada e
atenderem a capacidade da demanda.
Considerou-se o aluguel de uma mini-cavadeira, para redirecionar a água que antes
se dirigia a rede de drenagem pluvial, e agora aos reservatórios de captação. O
custo do aluguel, bem como a mão de obra do operador foram obtidos através das
lojas de aluguel de equipamentos da região.
Adotou-se um sistema de filtro e separador, modelo autolimpante, instalado na
tubulação de queda dos pavilhões. Esse sistema além da eficiência apresenta baixo
custo, conforme a tabela 04. O separador fará o descarte inicial das primeiras águas,
estas fazem a limpeza do telhado, calhas e tubulações. As demais águas serão
destinadas ao reservatório de armazenamento por uso direto.
A bomba foi dimensionada para transferir a água dos reservatórios de captação ao
reservatório de distribuição. Este último já existente na usina de concreto.
Para combater uma possível acidez da chuva será utilizado cal virgem, com intuito
de neutralização da mesma.
Foram considerados todos os condutores horizontais de coleta de água da chuva
para direcionar aos reservatórios de armazenagem e todas as tubulações de
distribuição. As tubulações e conexões, já existentes nos pavilhões, estavam
dimensionadas de acordo com a NBR10.844 (ABNT, 1989), portanto não entraram
no orçamento.
A mão de obra dos encanadores foi retirada do SINAPI de maio de 2017 com o
seguinte valor: R$20,74/h.
A tabela 04 apresenta a composição dos preços para a implantação do sistema de
captação da água da chuva.
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Tabela 04: Custo de instalação do sistema.
Item Quantidade Custo unitário (R$)
Custo total (R$)
% Em relação ao
custo
Aluguel mini-
cavadeira - - 500,00 1,28
Bomba – 1 cv 1 - 1.158,91 2,96
Filtro e Separador 64 43,53 2.785,92 7,13
Mão de obra
Encanador 2 2.799,99 5.599,8 14,33
Mão de obra
operador mini-
cavadeira
1 - 400,00 1,02
Reservatório – 25 m³ 2 8.500,00 17.000,00 43,49
Tubos e conexões - - 11.643,25 29,79
Total - - 39.087,88 100
Fonte: Do Autor, 2017.
3.3 ANÁLISE DA VIABILIDADE DO SISTEMA
Com as informações obtidas no site do CASAN de Criciúma/SC, a tarifa referente ao
consumo de água em imóveis industriais com consumos até 10 m³ é de R$ 5,87/m³,
acima de 10m³ é R$ 9,7408/m³ excedente. A Tabela 05 mostra a composição dos
valores obtidos para a implantação do sistema de coleta de água da chuva.
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Tabela 05: Análise de viabilidade do sistema.
Descrição Valores
Investimento (R$) 39.087,88
Energia elétrica (R$) 440,00
Tratamento da acidez (R$) 400,00
Manutenção (R$) 300,00
Produtos de limpeza e desinfecção (R$) 2.500,00
Total de custeio anual (R$) 3.640,00
Volume de água captado ano (m³) 1.538,43
Economia de água anual (R$) 14.945,61
Benefício líquido anual (R$) 11.305,61
Fator de amortização 0,09
Amortização anual (R$) 3.455,04
Custo anual (R$) 7.095,04
Método Payback (meses) 41,49
Relação Benefício/Custo 2,11
Fonte: Do Autor, 2017.
De acordo com o método Payback, observando os dados obtidos pela Tabela 05, o
retorno do investimento ocorrerá em 41,49 meses, aproximadamente 3,5 anos. Ao
analisar a relação Benefício/ Custo mostra que a relação é de 2,11 para a área de
captação de 6.081,9m². Segundo TOMAZ (2012), para a instalação do sistema ser
viável do ponto de vista financeiro, essa relação deve ser maior ou igual a 1.
Além do benefício financeiro, a empresa estará contribuindo para o meio ambiente
ao preservar recursos hídricos e planos de marketing poderiam ser desenvolvidos
vendendo o nome de “usina de concreto ecológica”, aumentando as vendas de
concreto usinado e agregando valor a marca da empresa.
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4. CONCLUSÃO
A ideia de captar a água de chuva, em qualquer que seja o empreendimento, deve
sempre ser levada adiante, seja na utilização para lavagem de caminhões, carros,
calçadas, banheiros ou irrigação. Uma vez que sua captação ameniza problemas
como enchentes ao reduzir o impacto da chuva na rede pluvial.
É importante verificar se na região em análise ocorre chuva ácida, para que não haja
danos a quem entrar em contato com esta água, sejam as pessoas, prejudicando
assim sua saúde, ou aos objetos, no caso desse estudo eram caminhões betoneira,
os quais apresentam alto valor comercial.
Com base no que foi abordado no presente estudo, a utilização de um sistema de
reaproveitamento de água de chuva para a usina de concreto, mostrou-se viável. A
relação benefício/custo atingiu o valor de 2,11; e segundo o método Payback o
período de retorno financeiro ocorrerá em 3,5 anos.
O sistema dimensionado apresenta eficiência técnica por suprir 91,41% da demanda
de água. Caso seja adotado pela empresa em estudo, o benefício líquido anual será
de R$ 11.305,61.
O orçamento do reservatório de concreto armado com capacidade de
armazenamento de 50m³ custará R$ 28.071,42 a mais do que o reservatório de fibra
de vidro.
Este trabalho contribuiu para divulgar e ressaltar a importância com o meio
ambiente, demonstrando um meio de captar água pluvial e aproveitá-la, evitando
assim o uso de água potável e também gerando um benefício financeiro para quem
comprar esta ideia.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Como sugestão, fica a ideia de continuidade desse trabalho. De realizar um estudo
mais detalhado do pH da água captada, utilizá-la para produzir concreto usinado, e
assim verificar a resistência através de testes de rompimento de corpos de prova.
Possivelmente, criando uma concreteira 100% abastecida por recursos pluviais.
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE N. C.O. Segurança sanitária das águas de cisternas rurais. In: 4º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva. Juazeiro, 2003. Anais. Bahia: ABCMAC, 2003.
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18 Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil
UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2017/01
PERIN, Fabricio Zomer. Estudo do aproveitamento da água da chuva para a utilização em um Banho & Tosa. 2015. 16 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma. SINAPI, Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil. Relatório de Insumos e Composições. Disponível em:< http://www.caixa.gov.br/Downloads/sinapi-a-partir-jul-2014-sc/SINAPI_ref_Insumos_ Composicoes _SC_042017_NaoDesonerado.zip>. Acesso em: 29 Mai. 2017. THOMAS, Vinod (2003). O Desafio da Água . Banco Mundial do Brasil. Disponível em: <http://www.obancomundial.org/index.php/content/ view_artigo /1734.html> Acesso em 25 de março de 2017. TOMAZ, Plínio. Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis. 4. Ed. São Paulo: Navegar Editora, 2012. 208 p. UNIÁGUA. Universidade da água. Água no Planeta . Disponível em: http://www.uniagua.org.br. Acessado em setembro de 2016.